脫硫廢水煙道蒸發(fā)熱源的選擇

李飛

摘 要：煙道蒸發(fā)是實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的有效措施，其蒸發(fā)熱源的選擇關(guān)系到系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行具有重要意義。本文從理論和實(shí)際應(yīng)用的角度總結(jié)了廢水蒸發(fā)熱源的選取原則，并結(jié)合某典型600MW機(jī)組案例分析了省煤器入口、SCR脫硝反應(yīng)器入口、空預(yù)器入口和電除塵器入口煙氣作為廢水蒸發(fā)熱源的合理性和可行性。結(jié)果表明，省煤器入口、SCR脫硝反應(yīng)器入口和電除塵器入口的煙氣不宜作為脫硫廢水的蒸發(fā)熱源；空預(yù)器入口煙氣是廢水最佳蒸發(fā)熱源，設(shè)置與空預(yù)器并聯(lián)的煙道旁路可減少?gòu)U水蒸發(fā)的殘留物對(duì)空預(yù)器本體的影響。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水 零排放 煙道蒸發(fā) 蒸發(fā)熱源

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（c）-0112-02

石灰石-石膏濕法脫硫工藝因脫硫效率高和技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各類型燃煤機(jī)組，工藝以鈣基為脫硫劑，在其與煙氣充分接觸的過(guò)程中，煙氣中的二氧化硫被轉(zhuǎn)化為亞硫酸根或硫酸根進(jìn)入脫硫廢水，同時(shí)原煙氣中的重金屬和氯元素等也進(jìn)入了廢水，隨著廢水的循環(huán)反復(fù)利用，污染物的濃度被不斷提高，導(dǎo)致脫硫廢水水質(zhì)極其復(fù)雜，成為了另一處理難題。總體而言，燃煤機(jī)組脫硫廢水中的污染物質(zhì)主要包括懸浮物、重金屬（如Pb、Hg、Cr和Cd等）以及氯元素（含量高達(dá)1～2萬(wàn)mg/L），排放會(huì)對(duì)生態(tài)和環(huán)境造成重大的污染。

目前，多數(shù)電廠采用三聯(lián)箱的化學(xué)沉淀工藝去除脫硫廢水污染物，但該方法運(yùn)行費(fèi)用高，無(wú)法去除氯根，難以實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。2015年，國(guó)務(wù)院在《水污染行動(dòng)計(jì)劃》中要求嚴(yán)格加強(qiáng)工業(yè)廢水污染防治力度，脫硫廢水的零排放成為了業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)廢水的零排放，近年來(lái)國(guó)內(nèi)主要采用的技術(shù)可分為蒸發(fā)結(jié)晶和煙道蒸發(fā)兩類。其中，煙道蒸發(fā)是指將脫硫廢水噴射入鍋爐尾部煙道，利用排煙余熱將水分蒸發(fā)，殘留的固體顆粒物隨煙氣進(jìn)入電除塵器被捕捉，該技術(shù)由于工藝流程簡(jiǎn)單、成本較低受到了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，蒸發(fā)熱源的選擇關(guān)系到系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行具有重要意義。本文從理論和實(shí)際應(yīng)用的角度分析了廢水蒸發(fā)熱源的選取原則，以某典型600 MW機(jī)組為案例分析了省煤器入口、SCR脫硝反應(yīng)器入口、空預(yù)器入口和電除塵器入口煙氣作為蒸發(fā)熱源的合理性和可行性，并提出了相應(yīng)的建議。

1 蒸發(fā)熱源的選取原則

在典型的燃煤機(jī)組鍋爐尾部煙道系統(tǒng)中，煙氣一般會(huì)依次經(jīng)過(guò)省煤器、SCR脫硝反應(yīng)器、空氣預(yù)熱器、電除塵器和脫硫塔等設(shè)備，如圖1所示。其中，省煤器用于加熱鍋爐給水，空氣預(yù)熱器用于加熱鍋爐進(jìn)風(fēng)。脫硫廢水蒸發(fā)熱源的選取主要需考慮系統(tǒng)安全性、熱能充足和能量分級(jí)利用等原則。

1.1 系統(tǒng)安全性

系統(tǒng)安全性主要是指脫硫廢水蒸發(fā)設(shè)備投運(yùn)后，不可影響機(jī)組其他設(shè)備的正常運(yùn)行，如空預(yù)器、電除塵器、煙道和風(fēng)機(jī)等。廢水在煙道中蒸發(fā)后可能導(dǎo)致的問題主要有：（1）低溫腐蝕：廢水蒸發(fā)吸收煙氣熱量，當(dāng)煙氣溫度降低到其酸露點(diǎn)以下時(shí)，其中的酸性物質(zhì)會(huì)附著于煙道內(nèi)壁和設(shè)備內(nèi)部，造成低溫腐蝕，影響正常運(yùn)行和設(shè)備壽命。（2）SCR催化劑中毒：廢水在煙道中蒸發(fā)后，其攜帶的堿金屬和堿土金屬等若與SCR催化劑接觸，會(huì)導(dǎo)致其中毒甚至失活，影響機(jī)組脫硝效率和催化劑壽命。（3）電除塵器故障：當(dāng)廢水在煙道中蒸發(fā)不完全時(shí)，殘留的水分會(huì)隨煙氣進(jìn)入電除塵器，影響其正常運(yùn)行，甚至引起設(shè)備故障。

1.2 熱能充足

熱能充足是指煙氣攜帶的熱能需在既定的空間（時(shí)間）內(nèi)將所有脫硫廢水蒸發(fā)。對(duì)于現(xiàn)役機(jī)組而言，空間是節(jié)能減排技改工程的主要限制因素，而充足的熱能是廢水能在既定空間內(nèi)完全蒸發(fā)的必要條件。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，其排煙溫度較額定工況有著不同程度的降低。在蒸發(fā)熱源選取的時(shí)候，務(wù)必考慮機(jī)組變負(fù)荷情況下煙氣的參數(shù)，確保廢水蒸發(fā)設(shè)備在系統(tǒng)多種工況下均能正常運(yùn)行。

1.3 能量分級(jí)利用

能量分級(jí)利用主要是出于節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性的考慮，一般而言，將高品位的熱能用于加熱相應(yīng)高參數(shù)的工質(zhì)可提高能量利用率。如圖1所示，對(duì)于典型的燃煤機(jī)組而言，高溫?zé)煔馐紫缺挥糜诩訜徨仩t給水，其次在經(jīng)過(guò)SCR脫硝反應(yīng)器后再次被用于加熱鍋爐進(jìn)風(fēng)（一次風(fēng)和二次風(fēng)）。等量的廢水蒸發(fā)雖然需要相等的煙氣熱能，但若消耗高溫?zé)煔鈹y帶的高品質(zhì)熱能，勢(shì)必會(huì)降低鍋爐效率，增加機(jī)組煤耗。因此，在滿足系統(tǒng)安全和熱能充足的前提下，需盡量利用更低溫?zé)煔獾臒崮苷舭l(fā)脫硫廢水，以提高系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性。

2 案例分析

因?yàn)槊摿驈U水蒸發(fā)后產(chǎn)生的固體顆粒物必須由電除塵器捕捉，所以蒸發(fā)熱源只能在電除塵器之前選擇。以某典型600MW燃煤機(jī)組為例，表1列舉了其3個(gè)典型工況下鍋爐尾部煙氣各段的溫度（包括省煤器入口、SCR入口、空預(yù)器入口和電除塵器入口等4段）。

在30%～100%THA工況下，省煤器入口煙氣溫度高達(dá)351℃～451℃，該段煙氣熱能品質(zhì)最高，足以蒸發(fā)脫硫廢水。但由于該段煙氣被用于加熱鍋爐給水，其蒸發(fā)廢水的熱能損失會(huì)造成鍋爐效率的顯著下降。

SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣溫度約為262℃～353℃，熱能充足，但廢水蒸發(fā)后形成結(jié)晶鹽與固體雜質(zhì)會(huì)引起SCR催化劑中毒，會(huì)導(dǎo)致脫硝效率下降，并降低催化劑壽命。

空預(yù)器的入口煙氣溫度約為261℃～352℃，足以蒸發(fā)脫硫廢水，但該段煙氣用于加熱鍋爐進(jìn)風(fēng)，蒸發(fā)消耗煙氣熱能會(huì)引起鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)溫度的降低，增大機(jī)組煤耗。此外，廢水蒸發(fā)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽（如氯鹽）等雜質(zhì)可能引起空預(yù)器的堵塞和腐蝕。

電除塵器入口煙氣溫度為98℃～125℃。因該段煙道位于空預(yù)器之后，煙氣熱量未用于加熱其他工質(zhì)，所以用于蒸發(fā)脫硫廢水不會(huì)引起機(jī)組煤耗的增高，是理論上的最佳蒸發(fā)熱源。馬雙忱等人用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法分別研究了煙氣溫度和廢水液滴蒸發(fā)的關(guān)系，其模擬結(jié)果表明當(dāng)液滴平均粒徑為100μm時(shí)，煙氣溫度必須高于140℃時(shí)廢水才可完全蒸發(fā)；其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，煙氣溫度達(dá)到180℃以上時(shí)廢水才能有效蒸發(fā)。電除塵器前煙氣溫度較低，因此不宜選作廢水蒸發(fā)熱源，尤其是在全國(guó)燃煤機(jī)組長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行的背景下，煙氣溫度進(jìn)一步降低，廢水蒸發(fā)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)非常大。

綜上所述，綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行安全性、熱能的充足性和能量分級(jí)利用原則，空預(yù)器之前的煙氣為最佳蒸發(fā)熱源，該段煙氣在機(jī)組各負(fù)荷下熱能充足，雖然會(huì)造成鍋爐效率的降低，但運(yùn)行的可靠性非常高。為了降低廢水蒸發(fā)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽等固體顆粒物對(duì)空預(yù)器造成不良影響，可以設(shè)置與空預(yù)器并聯(lián)的煙道旁路蒸發(fā)廢水。如圖2所示，可在空預(yù)器入口處引部分高溫?zé)煔膺M(jìn)入煙道旁路上安裝的廢水蒸發(fā)器，將脫硫廢水霧化噴射于蒸發(fā)器內(nèi)，利用高溫?zé)煔庥酂釋⑺终舭l(fā)，產(chǎn)生的結(jié)晶鹽和固體雜質(zhì)隨旁路煙氣回到空預(yù)器之后的主煙道，最終進(jìn)入電除塵器被捕捉。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從理論和實(shí)際應(yīng)用的角度總結(jié)了廢水蒸發(fā)熱源的選取原則，并結(jié)合某典型600MW機(jī)組案例分析了省煤器入口、SCR脫硝反應(yīng)器入口、空預(yù)器入口和電除塵器入口煙氣作為廢水蒸發(fā)熱源的合理性和可行性，總結(jié)如下：（1）省煤器入口、SCR脫硝反應(yīng)器入口和電除塵器入口的煙氣不宜作為脫硫廢水的蒸發(fā)熱源；（2）空預(yù)器入口煙氣是廢水最佳蒸發(fā)熱源，可設(shè)置與空預(yù)器并聯(lián)的旁路減少?gòu)U水蒸發(fā)的殘留物對(duì)空預(yù)器本體的影響。

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